【管理资料】柴油机和轴系振动及船舶推进装置汇编

2.往复惯性力Fj
引起柴油机上下振动，还产生侧推力形成倾覆力矩。
3.离心力FR
使柴油机上下、左右方向振动。
4.倾覆力矩MD
使柴油机左右摇摆振动(横向振动)。
5.连杆力偶ML
引起柴油机左右摆动。
1
二、单缸柴油机的平衡
1.离心力FR的平衡 在曲柄臂配置平衡重块,使之 产生的离心力与FR相等。
2.往复惯性力Fj的平衡 正反转矢量平衡法
柴油机和轴系振动及船舶推进装 置
2.活塞的速度
X′≈Rωsin+
(R2ω)sin2
4
当 =0°时(上止点)或 =180°时(下止点) x′ =0
活塞运动的最大速度x′max则出现在α＜90°的 某一位置。
3. 活塞的加速度
X″≈Rω2cos+ (2R ω) 2cos2
4
•当α=0°时, x″max=Rω2 (1+λ),方向向下; •当α=180°时, x″= -Rω2(1-λ)，方向向上；
2.多缸柴油机的惯性力矩（ ΣMR ΣMj多不为零）
•合成离心力矩ΣMR：
垂直分量MRV使柴油机在纵平面内产生摆动 水平分量 MRH使柴油机在水平面内产生摆动 大小固定、相对于曲柄的位置固定、以ω于曲柄同步回转。
•合成往复惯性力矩ΣMj 包括
一次往复惯性力矩ΣMj1 二次往复惯性力矩ΣMj2
使柴油机在纵向平面内 产生摆动
Fj1的平衡
Fj1mjR2cos
使两个质量m1以角速度ω作同 步反方向回转,它们从下止点 起转过的角度α与一次曲柄 从上止点起转过的角度相同, 并且使
m1r12mjR2/2
Fj2的平衡
Fj2mj 4R(2)2co2s
使两个质量m2以2ω作同 步反方向回转,它们从下止 点转过的角度2α与二次曲 柄 从 上 止 点 转过的角度 相同,并且使
m2r2
mj 2
R
4
3.倾覆力矩MD： 依靠强大的地基由机座的地脚螺栓来承受
4.连杆力偶ML： 由于连杆力偶ML较小, 不采取平衡措施 1
三、多缸柴油机的振动
1.多缸柴油机的惯性力 •合成离心惯性力ΣFR
ΣFR=0不会造成振动
•合成往复惯性力ΣFj
ΣFj1=0 ΣFj2=0多缸柴油机通常均可自身平衡, 不产生振动。
•当α=0°和180°、β=0°时, 连杆摆动角 速度最快,其数值相等,方向相反。
当α=90°和α=270°时, β″达到最大值。
β″与β方向相反
2
三、 曲柄连杆机构的气体力和惯性力

1. 气体力Fg
作用在活塞上的气体力Fg 为 :
Fg
4
D2
•
pg
2、惯性力
）.运动部件的质量代换
A
连杆质量的代换
3.总倾覆力矩ΣMD 使固定件产生左右摇摆
4.总连杆力偶ΣML 影响很小, 可忽略不计
1
四、多缸柴油机的平衡
若单位功率不平衡力矩
小于60N • m/kW 可不安装平衡装置 大于200N • m/kW 建议安装平衡装置 在60~200N • m/kW 视情而定
1.柴油机的外部平衡和内部平衡
•外部平衡
(2)频率fe≈9.55ωe 只取决于(I、e)
(3)振幅A大小取决于 外力矩大小
3
2
enA t sine 2 (n2t)
柴油机的回转不均度
•
•
max min
1 2
•
(
max
• m in
)
2
第二节 柴油机的振动与平衡
柴油机的振动危害
一、单缸柴油机中的振动
2
二、单缸柴油机的平衡
3
三、多缸柴油机的振动
8
四、多缸柴油机的平衡
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一、单缸柴油机中的振动
1.气体力Fg
在内部得到平衡, 但使机体产生拉伸应力且产生倾覆力矩。
在多缸柴油机中,如果通过某种适当的曲柄排列
或者采取措施使
ΣFR=0；ΣMR=0；ΣFj1=0；ΣM j1=0；
ΣFj2=0； ΣΜj2=0
则称柴油机达到了外部平衡。
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内部平衡
采取某些措施分别使各缸的惯性力得到平衡(一般只使
离心力得到平衡)以改善柴油机内部受力情况的方法称
为内部平衡。
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2、离心惯性力及力矩的平衡 各缸平衡法 分段平衡法 整体平衡法 不规则平衡法
在α＜90°或α＞270°的某个位置x″ =0
2
二、连杆的运动
•连杆的摆角 β=sin-1(λsin) •连杆摆动角速度 β′=λωcossecβ
•连杆摆动角加速度 β″=-λ(1-λ2)ω2·sin·sec3β
•当α=90°和270°时, 连杆在气缸中心线 两侧的摆角的绝对值达到最大值（右侧为正）
Fj1mjR2cos
一次往复惯性力
mj/2 R ω同步反向转
ω
Fj2mj 4R(2)2co2s
二次往复惯性力
mj/2 转
R
4
2ω同步反向
•3) 回转惯性力 FR=-mRR2
方向与向心加速度的方向相反 •4) 连杆力偶 ML 作用在连杆摆动平面内。
连杆在右时为顺时针，连杆在左时为逆时针。 2
四、曲柄连杆机构作用力分析
ML
mlmlA+mlB
A小端
小端
mlA
ml
l
lA L
B
大端
mlB
ml
lA L
连杆力偶ML
•往复运动质量 mj=mp+mlA
•不 平 衡 回 转 质 量 m R = m k + m l B
MLA MLB
2) 往复惯性 力
F j m jx m jR2co m s j4R (2)2c2 os
3、往复惯性力矩的平衡
4.总倾覆力矩ΣMD的控制 •中高速机
弹性支承 十字头低速机
液力或机械 支撑
1
第三节 轴系的扭转振动
扭转振动: 轴系在柴油机、螺旋桨等周期性的激振力矩作 用下所产生的周向交变运动及相应变形称为轴 系的扭转振动。
扭振的危害：
轴系裂纹和断裂 损坏传动齿轮、联轴器 等等
第四节 轴系的扭转振动
一、扭摆扭转振动的特性
3
二、轴系扭转振动的力学简化模型
8
三、轴系的自由扭转振动特性
9
四、轴系的强制扭转振动
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一、扭摆扭转振动的特性
1
4
2
5
3
6
2
一、扭摆扭转振动的特性
1扭摆：圆轴只有弹性而无转动惯量，
φ＝圆Ａ盘·只有si转n（动ω惯量et而＋无ε弹）性
e
K I
1 Ie
特征：
(1)是一种简谐振动
1.合力F
F=Fg+Fj
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2.侧推力FＮ和连杆推力FL
3. 切向力T和法向力Z
4. 柴油机的输出力矩和倾 覆力矩
– 动力矩: TR
– 倾覆力矩: FHH =－TR
输出力矩和倾覆力矩大小相等 而方向相反
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柴油机的单缸切向力曲线和总切向力曲线
总切向力TΣ 总切向力矩TΣ•R为曲轴的输出力矩，大小是 交变的，一个循环变化i（气缸数）次。 角速度波动。